空间太阳电池主要性能

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1、空空间间太太阳阳电电池池主主要要性性能能电电池池效效率率 由于太阳电池在不同光强或光谱条件下效率一般不同，对于空间太阳电 池一般采用 AM0 光谱（1.367KW/），对于地面应用一般采用 AM1.5 光谱 （即地面中午晴空太阳光， 1.000 KWm-2）作为测试电池效率的 标准光源。 太阳电池在 AM0 光谱效率一般低于 AM1.5 光谱效率 24 个百分点，例如一 个 AM0 效率为 16%的 Si 太阳电池 AM1.5 效率约为 19%）。 25，AM0 条件下太阳电池效率 电池类型 面积（cm2） 效率（%） 电池结构 一般 Si 太阳电池 64cm2 14.6 单结太阳电池 先进

2、Si 太阳电池 4cm2 20.8 单结太阳电池 GaAs 太阳电池 4cm2 21.8 单结太阳电池 InP 太阳电池 4cm2 19.9 单结太阳电池 GaInP/GaAs 4cm2 26.9 单片叠层双结太阳电池 GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5 单片叠层双结太阳电池 GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0 单片叠层三结太阳电池 聚光电池 GaAs 太阳电池 0.07 24.6 100X GaInP/GaAs 0.25 26.4 50X，单片叠层双结太阳电池 GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X，机械堆叠太阳电池 空间太阳电池在大气层外工作，在近地球 轨

3、道太阳平均辐照强度基本 不变，通常称为 AM0 辐照，其光谱分布接近 5800K 黑体辐射光谱，强度 1353mW/cm2。因此空间太阳电池多采用 AM0 光谱设计和测试。 空间太阳电池通常具有较高的效率，以便在空间发射的重量、体积受限 制的条件下，能获得特定的功率输出。特别在一些特定的发射任务中，如微 小卫星（重量在 50100 公斤）上应用，要求单位面积或单位重量的比功率 更高。 抗抗辐辐照照性性能能 空间太阳电池在地球 大气层外工作，必然会受到高能带电粒子的辐照， 引起电池性能的衰减，主要原因是由于电子或 质子辐射使少数载流子的扩 散长度减小。其光电参数衰减的程度取决于太阳电池的材料和结

4、构。还有反 向偏压、低温和热效应等因素也是电池性能衰减的重要原因，尤其对叠层太 阳电池，由于热胀系数显著不同，电池性能衰减可能更严重。 空空间间太太阳阳电电池池的的可可靠靠性性 光伏电源的可靠性对整个发射任务的成功起关键作用，与地面应用相比， 太阳电池/阵的费用高低并不重要，因为空间 电源系统的平衡费用更高，可 靠性是最重要的。空间太阳电池阵必须经过一系列机械、热学、电学等苛 刻的可靠性检验。 S Si i 太太阳阳电电池池 硅太阳电池是最常用的卫星电源，从1970 年代起，由于空间技术的发 展，各种飞行器对功率的需求越来越大，在加速发展其他类型电池的同时， 世界上空间技术比较发达的美、日和

5、欧空局等国家，都相继开展了高效硅 太阳电池的研究。以日本 SHARP 公司、美国的 SUNPOWER 公司以及欧空局为 代表，在空间太阳电池的研究发展方面领先。其中，以发展背表面场 （BSF）、背表面反射器（ BSR）、双层减反射膜技术为第一代高效硅太阳电 池，这种类型的电池典型效率最高可以做到15%左右，目前在轨的许多卫星 应用的是这种类型的电池。 到了 70 年代中期，COMSAT 研究所提出了无反射绒面电池（使电池效率 进一步提高）。但这种电池的应用受到限制：一是制备过程复杂，避免损坏 PN 结；二是这样的表面会吸收所有波长的光，包括那些光子能量不足以产生 电子-空穴对的红外辐射，使太阳

6、电池的温度升高，从而抵消了采用绒面而 提高的效率效应；三是电极的制作必须沿着绒面延伸，增加了接触的难度，使成本升高。 80 年代中期，为解决这些问题，高效电池的制作引入了电子器件制作的 一些工艺手段，采用了倒金子塔绒面、 激光刻槽埋栅、选择性发射结等制 作工艺，这些工艺的采用不但使电池的效率进一步提高，而且还使得电池的 应用成为可能。特别在解决了诸如采用带通滤波器消除温升效应以后，这 类电池的应用成了空间电源的主角。 虽然很多工艺技术是由一些研究所提出，但却是在一些比较大的公司得 到了发扬光大，比如倒金子塔绒面、选择性发射结等工艺是在澳大利亚新 南威尔士大学 光伏研究中心出现，但日本的 SHA

7、RP 公司和美国的 SUNPOWER 公司目前的技术水平却为世界一流，有的技术甚至已经移植到了地面用太阳 电池的大批量生产。 为了进一步降低电池背面复合影响，背面结构则采用背面钝化后开孔形 成点接触，即局部背场。这些高效电池典型结构为 PERC、PERL、PERT、PERF1，其中前种结构的电池已经在空间获得实用。典型的高效硅太阳电 池厚度为 100m，也被称为 NRS/BSF（典型效率为 17%） 和 NRS/LBSF（典型效率为 18%），其特征是正面具有倒金子塔绒面的选择性 发射结构，前后表面均采用钝化结构来降低表面复合，背面场采用全部或局 部背场。实际应用中还发现，虽然采用局部背场工艺

8、的电池要普遍比 NRS/BSF 的电池效率高一个百分点，但通常局部背场的抗辐照能力比较差。 到了上世纪 90 年代中期，空间电源工程人员发现，虽然这种类型电池 的初期效率比较高，但电池的末期效率比初期效率下降25%左右，限制了 电池的进一步应用，空间电源的成本仍然不能很好地降低。 为了改变这种情况，以 SHARP 为首的研究机构提出了双边结电池结构， 这种电池的出现有效地提高了电池的末期效率，并在HES、HES-1 卫星上获 得了实际应用。 另外研究人员还发现，卫星对电池阵位置的要求比较苛刻，如果太阳电 池阵不对日定向或对日定向差等都会影响到卫星电源的功率，这在一定程度 上也限制了卫星整体系统

9、的配置。比如空间站这样复杂的飞行器，有的电池 阵几乎不能完全保证其充足的太阳角，因而就需要高效电池来满足要求。虽 然目前已经部分应用了常规的高效电池，但电池的高的 吸收系数、有限 的空间和重量的需要使其仍然不能满足空间系统大规模功率的需要。传统的 电池结构仍然受到很大程度的限制。在这种情况下，俄罗斯在研究高效硅 电池初期就侧重于提高电池的末期效率为主，在结合电池阵研究方面提出了 双面电池的构想并获得了成功，真正做到了高效长寿命和低成本。 太太阳阳能能路路灯灯 太阳能路灯太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不 用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，因此 受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品。太阳能 路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小， 交通不便经济不发达、缺乏常规 燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资 源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明问题。